ПРИНЦИП РАБОТЫ ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Несмотря на некоторые конструктивные различия принцип работы всех четырехтактных карбюратор­ных двигателей одинаков. Схема четырехтактного двигателя представлена на рис. 2.1. Рассмотрим работу двигателя и введем основные технические тер­мины.

Возвратно-поступа­тельное движение поршня преобразуется во враща­тельное движение колен­чатого вала с помощью кривошипно-шатунного  механизма. Цилиндр, пор­шень и головка цилиндра образуют замкнутый объ­ем, в котором протекают рабочие процессы двигателя. Механизм газораспределения обеспечивает своевременный впуск смеси и выпуск отработав­ших газов в зависимости от положения поршня, наиболее удаленное положение поршня от оси коленчатого вала называется верхней мертвой точкой (ВМТ), а минимальное удаление поршня от оси ко­ленчатого вала — нижней мертвой точкой (НМТ).

Расстояние между ВМТ и НМТ называется ходом поршня. Объем, освобождаемый поршнем при движе­нии от ВМТ до НМТ, называется рабочим объемом цилиндра и является одной из важных характеристик двигателя. Полость, ограниченная головкой цилинд­ра, цилиндром и поршнем, при положении порш­ня в ВМТ, называется камерой сгорания, а объем полости — объемом камеры сгорания. Объем, ограни­ченный головкой цилиндра, цилиндром и поршнем при положении поршня в НМТ, называется полным объемом цилиндра. Полный объем равняется сумме объема камеры сгора­ния и рабочего объема. Отношение полного объема цилиндра к объ­ему камеры сгорания называется степенью сжатия.

Для многоцилинд­ровых двигателей рабо­чий объем двигателя равняется сумме рабочих объемов всех ци­линдров. Для современных мотоциклов Ирбитского мотозавода рабочий объем двигателя равняется 649 см3.

Совокупность процессов, происходящих в цилинд­ре двигателя, называется рабочим циклом. Часть рабочего цикла, происходящая за один ход поршня, называется тактом.

В четырехтактных двигателях рабочий цикл осу­ществляется за четыре такта или за два оборота ко­ленчатого вала. Принцип работы четырехтактного двигателя следующий (рис. 2.2). При вращении ко­ленчатого вала поршень совершает возвратно-посту­пательное движение. При движении поршня вниз (рис. 2.2, а) в цилиндре создается разрежение, впуск­ной клапан при этом открывается, а выпускной оста­ется закрытым. Под действием разрежения в цилиндр поступает горючая смесь. Осуществляется такт впус­ка. В НМТ впускной клапан закрывается, а пор­шень начинает двигаться в ВМТ, сжимая горючую смесь (рис. 2.2,6). Происходит такт сжатия. Око-л о ВМТ горючая смесь воспламеняется, в результате чего давление газов повышается; под действием газов поршень движется вниз, совершая полезную работу (рис. 2.2,в). Этот такт называется рабочим ходом. Когда поршень достигнет НМТ, открывается выпускной клапан, после чего поршень движете вверх, вытесняя из цилиндра продукты сгорании. (рис. 2.2,г). Этот последний такт — выпуск — заканчивает рабочий цикл четырехтактного двигателе. Далее все процессы опять повторяются: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск.

Надо заметить, что в реальных двигателях моменты открытия и закрытия клапанов не соответствуют рассмотренным выше. Клапаны открываются несколько ранее, а закрываются несколько позднее соответствующих мертвых точек. При этом за счет использования инерции газового потока улучшается наполнение цилиндров, осуществляется продувка камеры сгорания. Моменты открытия и закрытия клапанов для разных моделей двигателей различны зависят от многих факторов и уточняются опытным путем.

УСТРОЙСТВО ДВИГАТЕЛЯ ИМЗ

Продольный и поперечный разрезы двигателя представлены на рис. 2.3 и 2.4.

Цилиндропоршневая группа (ЦПГ). Цилиндропоршневая группа предназначена для преобразова­ния тепловой энергии топлива в механическую рабо­ту. В нее входят цилиндр, поршень, поршневые коль­ца, поршневой палец. Сюда же относится и головка цилиндра, но поскольку в ней расположены детали механизма газораспределения, конструкция головки цилиндра будет рассмотрена ниже.

Условия работы деталей ЦПГ очень напряжен­ные. При сгорании топливовоздушной смеси темпера­тура пламени достигает 2000—2500°С. Большинство металлов при такой температуре плавится, поэтому для нормальной работы двигателя необходимо обес­печить отвод теплоты от деталей ЦПГ. В результате охлаждения деталей их температуря гораздо меньше 2000°С (температура цилиндра и головки составляет 150-250°С, температура поршня 300-400°С.). Но даже при таких температурах прочность многих металлов снижается, поэтому очень важно не перегревать и не перегружать двигатель. Поршень совершает в цилиндре возвратно-посту­пательное движение с довольно большой скоростью (до 20 м/с), поэтому детали ЦПГ необходимо изго­товлять из таких материалов, которые имеют малый коэффициент трения и не подвержены большому из­носу. Кроме того, поршень должен обладать малой массой для уменьшения сил инерции возвратно-по­ступательного движения. Необходимо также учитывать плохие условия смазки, так как смазывающие 'свойства масел при больших температурах ухудшаются. Исходя из этих требований, рассмотрим кон­струкцию деталей ЦПГ.

Цилиндр отлит из специального чугуна. Внутрен­нюю поверхность цилиндра, по которой перемещается поршень, при окончательной обработке хонингуют (обрабатывают специальным инструментом — хоном, в результате чего достигается высокая чистота по­верхности почти до зеркального блеска), и поэтому нередко называют «зеркалом цилиндра». Для уменьшения износа «зеркала» состав чугуна подбирают таким, чтобы он имел повышенную твердость. Для от­вода и рассеивания теплоты в окружающую среду снаружи на цилиндре выполнены ребра охлаждения.

Цилиндры разбивают на группы в зависимости от размера внутреннего диаметра D:

Внутренний диаметр, мм	78,00-78,01	78,01—78,02	78,02—78,03
Индекс	I	II	III

 

Индекс группы наносят на цилиндр (рис. 2.5).

Поршень отлит из алюминиевого сплава. Алюминиевый сплав имеет малую плотность и хорошую теп­лопроводность, вследствие чего поршень получается легким и не создает больших сил инерции, а также хорошо охлаждается. Вместе с чугунным цилиндром повышенной твердости алюминиевый поршень обра­зует хорошую антифрикционную пару, в результате чего уменьшается износ деталей ЦПГ. Однако у алюминиевого сплава есть один существенный недостаток: коэффициент линейного расширения алюминиевого сплава в два раза большей чем коэффициента линейного расширения чугуна.      К тому же температура поршня примерно вдвое выше температуры цилиндра, поэтому при перегреве двигателя поршень расширяется настолько, что его заклинивает в цилиндре. Происходит так называемый «прихват». Во избежание «прихвата» следует исключить возможность перегрева двигателя.

Поршень имеет днище, боко­вую поверхность — юбку и бо­бышки под поршневой палец. На поршне выполнены четыре канав­ки под поршневые кольца. В процессе работы верхняя часть поршня нагревается сильнее и расши­ряется больше, нежели нижняя часть. Поэтому для того, чтобы в рабочем состоянии поршень, имел цилиндрическую форму, его выполняют конусным, т. е. диа­метр головки поршня, где рас­положены поршневые кольца, и верхней части юбки меньше ниж­ней части юбки. При подборе поршня к цилиндру определяю­щим является наибольший диа­метр юбки поршня.

При - работе кривошипно-шатунного механизма на поршень действует сила бокового давления, которая прижимает поршень  к стенке цилиндра и деформирует его. Поршень в рабочем состоя­нии должен иметь большую поверхность прилегания к цилиндру, поэтому его делают элипсным в сечении. Большая ось эллипса при  этом перпендикулярна оси порш­невого пальца (рис. 2.6).

Под действием силы N поршень деформируется, (показано штриховой линией) и принимает цилиндрическую форму. Разность большой и малой осей эллипса составляет 0,18 мм. Поскольку сила N всегда направлена перпенди­кулярно поршневому пальцу, то боковая поверх­ность поршня около поршневого пальца в ра­боте не участвует. Для предотвращения заклини­вания поршня вследствие его деформации от силы N часть металла вокруг поршневого пальца снимается, выполняются так называемые «холодиль­ники».

Поршни, как и цилиндры, разбивают на группы в зависимости от диаметра юбки D_ю, замеренного по большой оси эллипса на расстоянии 13 мм от нижнего торца (рис. 2.7).

 

Диаметр юбки поршня, мм	77,94 - 77,93	77,93 - 77,92	77,92 - 77,91
Индекс	77,94	77,93	77,92

  

Индекс группы поршня выбивают на днище поршня. Кроме того, поршни различают по диаметру отвер­стия под поршневой палец и делят на четыре группы согласно табл. 2.1. Отверстия в поршне, как и порш­невой палец, маркируют краской.

Таблица 2.1

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: